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Introducción Destilacion Reactiva.
Esta operación es conocida desde principios de siglo. En efecto, Backhaus obtuvo la primera de una serie de patentes en el año 1920 describiendo la operación de la destilación reactiva para la producción de ésteres. (Leyes y Othmer, 1945) propusieron un procedimiento para calcular columnas reactivas en estado estacionario. Como ejemplo analizaron el proceso deobtención del acetato de butilo. (Berman y col., 1948) estudiaron la producción continua del ftalato de dibutilo, utilizando ácido sulfúrico como catalizador homogéneo, en una columna de destilación en modo continuo. Luego de un período de maduración académica y pruebas a escala piloto, existen en la actualidad numerosas patentes de procesos exitosos utilizando este principio; tales como elproceso inventado por Agreda y col.
La destilación reactiva es un proceso en el cual ocurre simultáneamente la reacción química y la separación de productos. Esta es sin duda una de las tecnologías que más ventajas potenciales ofrece para la síntesis química en relación con los procesos convencionales, donde la reacción y la separación se llevan a cabo secuencialmente.
Una de las principales ventajasde los procesos realizados por destilación reactiva es la eliminación de equipos para la recuperación de productos y para la recirculación de reactivos no convertidos, lo que lleva a la disminución en la inversión de capital y en costos de operación. Como un ejemplo espectacular se tiene el caso de producción de acetato de metilo en donde se sustituye un reactor y un tren de nueve torres dedestilación por una única columna de destilación reactiva, alcanzando el 100% de conversión de los reactivos.
La destilación reactiva se caracteriza también porque puede mejorar el grado de conversión de reactivos, la selectividad hacia productos de interés y la transferencia de masa a un punto tal que en algunos casos puede evitar el fouling(ensuciamiento) del catalizador heterogéneo.
Al tratarse de unproceso simultáneo reacción-separación, la destilación-reactiva es una tecnología usada generalmente en reacciones que se ven limitadas por el equilibrio químico, tales como esterificación, alquilación, reacciones de hidrólisis de ésteres, entre otras. Debido a que la reconcentración de reactivos y el retiro constante de los productos permiten que se alcance una conversión superior a la delequilibrio químico, semejante a lo que ocurre en un reactor con recirculación, solo que en este caso se acopla la reacción y la separación en un solo equipo.
Otra de las bondades que ofrece esta tecnología es que es considerada como ambientalmente amigable o “tecnología limpia”, porque su implementación genera un menor impacto ambiental en comparación con los procesos convencionales, como ha sidomostrado por nuestro grupo en el caso de producción de acetato de n-butilo a partir del algoritmo WAR, la cual es una metodología que permite determinar el potencial del impacto ambiental de un proceso químico.
El beneficio más importante de la destilación reactiva es la reducción del capital invertido. Por llevarse a cabo la reacción y la destilación en el mismo equipo, una operación en el proceso eseliminada junto con las bombas, instrumentos y cañerías con ella asociados. Otros beneficios dependen específicamente de la reacción química.
Esta operación es potencialmente atractiva cuando una reacción en fase líquida debe ser llevada a cabo con gran exceso de un reactivo, alto calor de reacción y significativa velocidad a la temperatura de destilación. Bajo tales circunstancias, los procesosconvencionales incurren en grandes costos de reciclo para el reactivo en exceso. Sin embargo, la destilación reactiva puede efectuarse en condiciones mucho más favorables desde el punto de vista estequiométrico. En efecto, cada reacción química procede hasta llegar al equilibrio. La composición química en el equilibrio es tal que la energía libre de Gibbs es mínima para una temperatura dada. Hay...